Авиация и время 2001 03
Первый реактивный «МиГ»
Евгений В.Арсеньев/ Москва
Фото РСК «МиГ»
Практически со времен изобретения аэроплана между авиаконструкторами развернулась незримая борьба за создание наиболее скоростных самолетов. С одной стороны, роста скорости достигали, совершенствуя аэродинамические формы летательных аппаратов, а с другой – увеличивая мощность винтомоторной группы (ВМГ). В результате из года в год скорость полета неуклонно возрастала и к середине 1940-х гг. у лучших истребителей она приблизилась к отметке 700 км/ч. Дальнейшее приближение к скорости звука приводило к резкому возрастанию сопротивления воздуха. Поэтому мощность, потребная для обеспечения полета, переставала быть пропорциональной квадрату скорости, а росла значительно быстрее. С другой стороны, за порогом 750 км/ч коэффициент полезного действия воздушного винта резко снижался вследствие приближения линейной скорости концевых участков лопастей к скорости звука и возникновения на них волнового сопротивления, на преодоление которого стала затрачиваться значительная часть мощности мотора. В итоге даже небольшая прибавка скорости стала требовать значительного увеличения мощности, что в случае поршневой ВМГ приводило к неприемлемому росту ее габаритов и массы.
В итоге остро встал вопрос о новых типах силовых установок, которые позволили бы получить большую мощность при относительно небольшой массе. Решение этой задачи шло в нескольких направлениях, в результате чего в ряде стран развернулись работы над жидкостно-реактивными (ЖРД), прямоточными воздушно-реактивными (ПВРД), турбореактивными (ТРД) и воздушно-реактивными с компрессором (ВРДК) двигателями. Однако еще не скоро конструкторы окончательно решили, какой из них является самым перспективным для дальнейшего развития авиации.
Разрабатывали реактивные двигатели и в СССР. Еще перед Великой Отечественной войной на истребителе И-152 проводили эксперименты с двумя прямоточными двигателями ДМ-2 конструкции И.А.Меркулова. Они дали прирост скорости всего на 15 км/ч, что было явно недостаточно. В дальнейшем ПВРД испытывали на истребителях И-153, И-207, ЛаГГ-3 и Як-7Б, но и в этих случаях небольшое увеличение скорости сопровождалось значительным ухудшением других характеристик. К тому же, для работы ПВРД необходим скоростной напор, иначе говоря, этот тип двигателя нельзя использовать для разгона самолета с места. То есть, он не может быть основным.
Более многообещающим выглядело применение на истребителях ЖРД, над которыми работали коллективы, возглавляемые В.П.Глушко, Л.С.Душкиным и А.М.Исаевым. В отличие от ПВРД, которые обычно устанавливали на крыле, вследствие чего они создавали значительное лобовое сопротивление, ЖРД легко вписывался в фюзеляж истребителя. К тому же, в отличие от винтомоторной силовой установки, тяга ЖРД практически не зависела от скорости полета. Уже в годы войны начались испытания истребителя БИ-1 с ракетным двигателем Д-1А-1100. Однако ЖРД «грешили» большим расходом топлива, что существенно ограничивало дальность и продолжительность полета, да и агрессивные компоненты, из которых состояло топливо, представляли собой большую опасность, прежде всего для самого самолета.
Еще одним направлением стало создание ВРДК, работы над которым были начаты в ЦАГИ еще в 1941 г. коллективом под руководством профессора Г.Н.Абрамовича. Результаты этих исследований после доклада на научно-техническом совете Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) заинтересовали его начальника В.И.Поликовского, и вскоре в ЦИАМе создали специальное конструкторское бюро под руководством К.В.Холщевникова для выработки наилучшей схемы ВРДК.
Ранее работы над подобными силовыми установками проводились в Италии.(1*) На самолетостроительной фирме «Капро-ни» инженер С.Кампини построил самолет СС.2, который представлял собой измененный вариант предшествующей модели СС.1, так и не поднявшейся в воздух. Первый полет СС.2 продолжительностью 10 минут состоялся в августе 1940 г. над аэродромом Форланини в пригороде Милана. Силовую установку этого самолета разместили внутри фюзеляжа, который имел лобовой воздухозаборник. Одной из ее составляющих был поршневой двигатель воздушного охлаждения Изотта-Фраскини «Астро-7С-40», который приводил компрессор воздушно-реактивного двигателя. При этом, в отличие от СС.1, поршневой мотор находился за компрессором, чтобы его тепло можно было использовать для увеличения энергии проходящего через ВРДК воздуха. Пройдя компрессор, сжатый воздух подавался в камеру сгорания, где происходило дальнейшее повышение его температуры. Накопленная таким образом тепловая энергия при истечении воздуха через регулируемое сопло преобразовывалась в кинетическую и создавала необходимый для полета реактивный эффект.
Хотя такая схема ВРДК почти исключала потери тепла, связанные с выходом выхлопных газов в окружающий воздух и охлаждением внешним воздушным потоком поршневого мотора, она обладала существенным недостатком. Дело в том, что с уменьшением скорости полета у такой силовой установки значительно падала тяга, в то время как у винтомоторной груп-пы было все наоборот. В связи с этим итальянский самолет отличался очень большой длиной разбега. В результате проведенных в ЦИАМ исследований коллективу под руководством К.В.Холщевникова и А.А.Фадеева удалось выбрать более рациональную схему ВРДК. Их силовая установка состояла из поршневого мотора с воздушным винтом изменяемого шага и осевого одноступенчатого компрессора, приводимого во вращение этим же мотором через двухскоростную передачу. Мотор размещался обычным образом, а компрессор находился в туннеле, входная часть которого была выведена в лобовую часть самолета. За компрессором находилась камера сгорания и газовый канал, завершавшийся реактивным соплом с регулируемыми створками.
В данной схеме мощность, развиваемая поршневым мотором, передавалась одновременно и воздушному винту, и компрессору. На взлете и в крейсерском полете ее основным потребителем являлся воздушный винт, при этом компрессор вращался на низшей передаче, а топливо в камеру сгорания не подавалось. Для увеличения скорости до максимальной включали высшую передачу привода компрессора, а в камеру сгорания подавали топливо. При этом уменьшение тяги винта с избытком компенсировалось возникающей реактивной тягой. По расчетам, полная суммарная эквивалентная мощность силовой установки, получившей название Э-30-20, с учетом реактивных выхлопных патрубков, должна была составить порядка 3000 л.с. Из-за высокого расхода топлива ВРДК планировали использовать лишь как ускоритель, рассчитанный на кратковременное применение в условиях воздушного боя.
Между тем, в конце 1930-х гг. под руководством A.M.Люльки началась разработка первого советского турбореактивного двигателя ТР-1 с тягой 500 кгс, привод осевого компрессора которого, в отличие от ВРДК, обеспечивала газовая турбина. Однако работы над реактивными двигателями до поры до времени не носили серьезного характера. Не в смысле несерьезности разработчиков, а в смысле несерьезного отношения руководства страны к организации этих работ. Конструкторские бюро и институты были разбросаны по разным ведомствам, единый координатор работ отсутствовал. Наркоматам, в чьем ведении находились те или иные КБ и НИИ, не хотелось отдавать их авиационной промышленности. Так, конструкторское бюро A.M.Люльки, занятое, как показало время, на самом перспективном направлении, было подчинено Наркомату электропромышленности. НКАП несколько раз предпринимал попытки возглавить эти работы, но безуспешно. Поэтому коллективы, создававшие реактивные двигатели, испытывали множество проблем, а сроки окончания работ сильно затягивались. Созданный А.Г.Костиковым Государственный институт
